《增发20%,秒杀电池效率的光伏反光膜》

  • 来源专题:能源情报网信息监测服务平台
  • 编译者: guokm
  • 发布时间:2023-07-10
  • 众所周知,光伏是利用光电效应,将光转换成电的系统,因而提升光电效率成为科学家数十年的追求。然而事实是,当科学家在不断致力于效率突破时,真正的光伏电站却在大把“挥霍”着光电效率,比如说阴影遮挡、灰尘覆盖、设备故障停运……

    很多时候,比提升光电效率简单一千倍的,就是我们身边很常见的小事,光伏电站反光膜,就是这样一个新产品。

    1.反光膜已来

    近日,德国Solar Capital公司称,从2022年6月到2023年5月,其在希腊的三个光伏电站中运用了白色的太阳光反光膜。该光伏电站是离地1.5米、25度倾角的单轴跟踪光伏阵列,一年的数据显示,使用白色太阳光反射膜的阵列,光伏发电量增加超过6.4%。

    其实早在2017年,泰州隆基就对不同的地面发射材料进行了实证电站监测,研究了双面组件在不同反光环境下的发电性能,并测试了其曝晒1年后的衰减情况,来进一步评估双面组件户外工作时的性能。研究发现,采用反光膜后相对常规组件多发电22.1%(组件最低点离地2m)。

    而在2021年,中国企业浙江海利得公司生产的太阳光反射膜实现了在海外光伏电站项目的首次运用,配套沙特阿曼地区500兆瓦光伏电站,并有望继续拿到2023、2024年合计1亿元的阿曼订单。

    2.反光膜的由来

    其实早在2017年,当双面组件结合跟踪支架逐渐被重视起,中国企业便开始了双面组件发电量增益的探索。

    过去的相关研究曾对雪地、水泥地、黄沙地、泥地、白色碎石、草地、水面等做双面发电背面增益的比较,以模拟下雪、屋顶、沙漠、地面光伏、水面光伏等各种安装。

    而随着双面组件的市占率和双面率不断提升,如何让背面发电量更高就成为一个新的话题。正是这种需求,各种能提升反射率的反光设计开始出现。泰州隆基试验电站中对比了水泥地面和粘合着沥青的铝箔,尽管铝箔的发电量增益超过20%,但由于其成本较高而未能得到大面积推广。

    此后,浙江海利得公司推出的PVC反光膜,经实证发电量增益超过10%,预期使用寿命在3-5年,成本大大降低,成功进入环境最严苛的中东沙漠市场。

    3.反光膜,增发如此轻松

    提升发电量的途径很多,最有影响力的莫过于提高光电转换效率。从多晶到单晶,从PERC到HJT/TOPCon,都是这条路线的产物,也是光伏发电技术进步的“正道”。

    然而几乎任何一次光电转化效率的提升都是里程碑式的突破,也可能是电池设计理念的革命,也因此注定“正道”总是“沧桑”。因此,那些不是从事电池技术研究的技术人员会把目光瞄准第二条路径:提高光伏组件的进光量,让更多的太阳光到达电池表面。

    在这一理念下,最典型的莫过于聚光光伏,但聚焦产生的过高进光量导致了其它的技术难题。此后,行业又在提高玻璃的光透射率(高透光伏玻璃、减反射膜)、封装胶膜透射率(不惜牺牲封装胶膜的老化性能)、白色胶膜增加反射光、双玻组件/透明背板增加反面发电、跟踪支架、转光膜等产品上取得了各种突破。

    可以说,目前光伏的所有技术路线,都是围绕这两个方向展开的。对于大型沙漠光伏电站来说,双面、跟踪已经成为增发的主流,其中关于地面的反射光利用,更是成为系统设计的关注。

    反光膜,一种铺在地面便可将更多的地面太阳光反射到光伏组件背面的产品,只要能克服沙漠地区的暴晒、高温、干燥、极寒,寿命超过2年以上,便能产生秒杀任何增发技术的效益。

    根据相关报道,采用反光膜技术,能提升约10%的发电量。根据目前单晶PERC的转化率(23%),相当于提升将23%的电池效率提升10%,即23%+2.3% = 25.3%。

    要知道,即便是隆基创造的晶硅异质结电池转换效率26.81%,在今年的SNEC和德国慕尼黑展上也只是被称作“2681概念产品”。而异质结技术的成本,被认为是这两年输给TOPCon路线的最大因素。

    如果只要贴上反射膜,达到的效果便可超过采用异质结、TOPCon,增发原来如此轻松!

    4.反光膜的未来研究

    光伏治沙目前成为了全球光伏的一个新热点,沙、戈、荒风光大基地则是中国未来数年新能源发展的重点。在这些地区,双面、跟踪是最优配置,而反光膜则是最优配置的更好加分项。

    但反光膜也有其固有的缺陷:

    其一是需要较大的安放间隔,产生更多的反射光,以便于在荒漠中使用,这会影响土地的占用率;

    其二是需要耐老化,能够经受沙漠地区的高温、暴晒、酷寒、沙尘、大风等自然气候实证;

    其三是在使用一段时间后,反光膜表面可能会被沙尘覆盖,反光效果将被严重削弱。如何从铺设、产品设计上做到不积灰、少积灰?

    其四是如何减少对光伏电站土壤等环境的影响,不影响治沙和植被。

    ……,这些可能都是影响反光膜应用推广的因素。但无论如何,只是采用一层简单的反光膜,便可实现10%以上的增发,实现电池效率2.3%的净提升,值得关注。

  • 原文来源:https://solar.in-en.com/html/solar-2425468.shtml
相关报告
  • 《有机光伏电池效率首超20%》

    • 来源专题:能源情报网信息监测服务平台
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2022-03-10
    • 近日,中国科学院化学研究所研究员侯剑辉课题组制备出高效率叠层有机光伏电池,其光伏效率超过20%。该结果得到了中国计量院验证,使有机光伏电池首次跨入20%的光伏效率新阶段。 作为一种具有重要应用潜力的新型光伏技术,有机光伏电池具有低成本、易于大面积制备的特点,提升有机光伏电池的光电能量转化效率对于推动领域发展具有重要意义。由于可更加高效地利用太阳光,具有串联叠层构型的有机太阳能电池在实现高光伏效率方面优势明显。在叠层有机光伏电池中,用于连接前、后子电池的隧道结同时承担了透光、电荷收集、阻挡溶剂等功能,对于叠层光伏电池的光伏效率具有至关重要的影响。因此,构建高性能的隧道结是有机光伏电池方向的挑战之一。 为解决上述问题,研究团队通过发展新型隧道结结构,制备了一系列高效率叠层有机光伏电池。他们通过在隧道结中加入超薄金属银,基本消除了隧道结内的非欧姆接触。此后,该团队系统研究并优化了隧道结、活性层组成对子电池光场分布的影响,制备出接近20%光伏效率的叠层有机太阳能电池。 最近,该团队发现在电子束蒸发二氧化钛的过程中,金红石相的二氧化钛可转化为非晶态薄膜,该薄膜不仅均匀致密,而且具有较好的耐酸性。进一步,他们通过精确控制补氧速率,有效调节了沉积物的化学组成、电子能级、相对介电常数和掺杂密度。在最佳条件下,基于隧道结的叠层有机太阳能电池的光伏效率超过了20%。
  • 《光伏电池板的特性及种类》

    • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2019-12-16
    •  光伏电池板特性   A:光伏电池(pVcell)主要功能是将太阳的光能转换成电能,当前是以硅材料为基地的硅太阳能电池,包括单晶硅、多晶硅、非晶硅、多元化合物电池。在效率和寿命方面单晶硅和多晶硅优于非晶硅,多晶硅比单晶硅转换效率低,但多晶硅价格便宜。晶体磕太阳电池、薄膜太阳电池、硅异质结(HIT)太阳电池等。光伏组件是由多个太阳能电池组合而成,根据实际的功率需求,电压等级由光伏电池串联实现,电流输出由光伏电池并联实现,光伏阵列是根据电站规模的大小有若干个光伏组件构成。   B:光伏电池特性包括光电特性和光化学特性,光化学特性还在萌芽阶段,暂不学习。太阳能电池工作是基于光电效应原理下,如下图所示:A是N型硅,B是p型硅,当材料接触的时候生成一个内部电势,使得电子只能从B区到A区,当太阳光照射到光伏电池板时,光子带有足够的能量使得电子脱离形成空穴或者说是电子空穴对现,此时内部电势会将光子释放的电子送到A区,空穴送到B区,打破了开始的平衡,A区的电子越来越多,当在pN结外部接上回路,就能够形成电流。实际上只是电子在移动,这个也取决于半导体材料的特性,半导体材料禁带较窄,电子只需要较小的能量即可脱离束缚,留下空穴,这样使得周围的电子区填补空穴,形成电流。(注释:来源于物理学,赫兹发现,爱因斯坦正确解释,某些物质在光照的情况下可以生成电子)   C:光伏电池板的pV和IV特性   光伏电池阵列的组成形式一般有并联串联,如下图所示:还有其他比较复杂的连接方式如Sp结构、TCT结构、CTCT连接方式。影响光伏电池阵列的输出特性主要有光照强度和环境温度两个方面,两个因素进而会影响光伏电池阵列的功率输出,下面才光伏电池板的V-I特性和V-p特性进行分析:   当结温不变时,短路电流随着光照的增强逐渐增加,最大功率点也是逐渐增大,开路电压变化不大;最大功率点对应的输出电压基本稳定,为开路电压的0.8倍左右。当光照强度一定的时候,温度变化对短路电流的影响不是很大,但对开路电压影响较大,开路电压随着温度的升高而变小,最大功率点随着温度的升高而下降,且最大功率点电压随之下降。   光伏电池板种类   1.单晶硅光伏电池   单晶硅太阳能电池的光电转换效率为15%左右,最高的达到24%,这是目前所有种类的太阳能电池中光电转换效率最高的,但制作成本很大,以致于它还不能被大量广泛和普遍地使用。由于单晶硅一般采用钢化玻璃以及防水树脂进行封装,因此其坚固耐用,使用寿命一般可达15年,最高可达25年。   2.多晶硅光伏电池   多晶硅太阳电池的制作工艺与单晶硅太阳电池差不多,但是多晶硅太阳能电池的光电转换效率则要降低不少,其光电转换效率约12%左右。从制作成本上来讲,比单晶硅太阳能电池要便宜一些,材料制造简便,节约电耗,总的生产成本较低,因此得到大量发展。此外,多晶硅太阳能电池的使用寿命也要比单晶硅太阳能电池短。从性能价格比来讲,单晶硅太阳能电池还略好。   3.非晶硅光伏电池  非晶硅太阳电池是1976年出现的新型薄膜式太阳电池,它与单晶硅和多晶硅太阳电池的制作方法完全不同,工艺过程大大简化,硅材料消耗很少,电耗更低,它的主要优点是在弱光条件也能发电。但非晶硅太阳电池存在的主要问题是光电转换效率偏低,国际先进水平为10%左右,且不够稳定,随着时间的延长,其转换效率衰减。   4.多元化合物光伏电池   多元化合物太阳电池指不是用单一元素半导体材料制成的太阳电池。各国研究的品种繁多,大多数尚未工业化生产,主要有以下几种:   a)硫化镉太阳能电池   b)砷化镓太阳能电池   c)铜铟硒太阳能电池(新型多元带隙梯度Cu(In,Ga)Se2薄膜太阳能电池。